[发明专利]波纹管孔道注浆密实度超声检查的装置及方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于超声波检测波纹管注浆密实度的装置及方法，属于超声检测及分析技术领域。

背景技术

随着中国桥梁建设的高速发展，波纹管预应力混凝土结构得到广泛应用，其波纹管孔道压浆质量一直是人们关心的问题，波纹管的注浆密实度关系到钢绞线承载能力的发挥，对桥梁波纹管注浆密实度进行评价具有重要的意义。

当前的孔道波纹管压浆施工中经常出现压浆不密实、有空隙、孔道未被水泥浆完全充满等质量问题，导致质量安全事故频频发生，类似事故已引起工程界的强烈关注。

目前检测波纹管注浆密实度的方法主要有钻心检测法、电磁波雷达法、弹性波反射法、X 射线法等，这些方法都是从桥梁、T 梁、厢梁中预应力孔道波纹管的外部进行检测，在一定的程度上能够实现对波纹管注浆密实度进行检测的目的，但是由于外部检测时检测信号（包括声音、射线、电磁波信号）在进出波纹管前后都需要穿过厚厚的包含螺纹钢的混凝土层，信号损失较大，不能完全满足波纹管注浆密实度检测的要求。

目前使用超声波检测孔道波纹管压浆的方法，归纳之后主要是以下2种：

1、声波首时法：根据超声波在波纹管和混凝土中传播声速的不同，一部分穿过钢管后穿过混凝土，再穿过钢管壁的直线路径传播；另一部分沿钢管壁绕射过去，计算声速判断判断注浆缺陷与否。此种方法理论上计算可行，但是在实际测量中误差很大，很难判断出缺陷的位置。

2、波形识别法：通过判断接收到的脉冲波首波波幅及波形畸变程度，可判断波纹管混凝土内部是否存在缺陷。但该方法为经验判断法，受现场检测条件的影响，容易出现较多的误、漏判，此方法很少使用。

以上两种方法虽然在一定程度上能达到检测的目的，但不能够达到精确的测量目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种波纹管孔道注浆密实度超声检查的装置及方法，通过散射声场波形与介质声速和波纹管直径以及时间的变化曲线的对比，从而达到检测桥梁内部混凝土注浆质量的目的。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种波纹管孔道注浆密实度超声检查的装置，其特征是，包括

一产生方波脉冲信号的信号激励模块，为大功率信号源，用于产生脉冲信号；

一信号发射接收模块，包含由所述信号激励模块激励产生超声信号的发射换能器和呈十字形阵列排列的多个接收换能器，所述发射换能器设置在十字形阵列的中心；

一信号采集模块，采集所述信号发射接收模块的信号；

一信号处理及显示模块，对采集模块的信号进行信号处理和显示图形。

所述信号发射接收模块设置在波纹管外注浆的固定块表面。 

所述发射换能器设置于波纹管管壁外的中心位置，所述接收换能器阵列中包含16个接收换能器，其中8个接收换能器平行地设置于波纹管外，主要接收反射回来的超声波信号；另外8个接收换能器垂直地设置于波纹管外，主要接受散射的超声波信号。

所述的信号激励模块为大功率信号源，包含以信号发生器为核心的方波信号产生模块、以高频功率放大器为核心的功率放大模块。

所述发射换能器为与所述大功率信号源相匹配的圆形大功率压电陶瓷发射换能器。

所述接收换能器为与所述发射换能器相匹配的圆形超声信号接收换能器。

所述信号采集模块包含集成运算放大器、高速A/D转换模块、FPGA高速控制模块和计算机终端。

所述的信号处理及显示单元模块包含滤波组件、信号差分放大组件、将超声成像模块的输出图像采集出来并压缩存储到计算机中的数据存储组件、算法组件和显示输出组件。

所述算法组件包含对参数初始化的数据初始化模块和运用计算波纹管注浆密实度、缺陷位置及大小的算法模块；所述算法模块中采用扫描的方法去计算相关系数随介质声速和波纹管直径以及时间的变化曲线，形成一个图像，该图像的极大值位置为所获得的最佳处理结果，如果波纹管空心或注浆不密实，则有散射声场存在，该图像即有极大值，极大值经过标定后即为密实度的一个指示函数值。

一种基于权利要求 1 所述的装置的波纹管孔道注浆密实度超声检查的方法，其特征是，包含以下步骤：

（1）将检测装置垂直压于水泥壁，初始化参数。由信号激励模块即大功率信号源激励超发射换能器产生超声信号；

（2）呈十字形阵列排列的接收换能器接收所述发射换能器产生的超声信号；

（3）信号采集模块对所述的接收换能器阵列接收到的信号进行采样，量化处理；